基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化

为了在Q235钢基材上制备出性能优良的铁基合金熔覆涂层,开展基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化方法研究.根据熔覆机工艺能力和实践经验选取待优化工艺参数范围,运用均匀化设计方法产生混合水平实验表.采用“光内送粉”在Q235钢基材上制备铁基合金(Fe45)熔覆层,利用超景深显微镜和维式显微硬度计分析了熔覆层的表面形貌、稀释率及硬度.基于实验数据逐步回归分析扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度对熔覆层稀释率和显微硬度的影响.结果 表明:不同工艺参数对熔覆层的稀释率及显微硬度具有显著影响;回归分析的三次多元多项式适合于表征工艺参数对熔覆层稀释率和显微硬度的影响规律,回归方程的交互项表明扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度的交互作用影响着稀释率和显微硬度;对稀释率和显微硬度进行数学回归,分析发现该铁基合金粉末的激光熔覆最佳工艺参数为:扫描速度7 mm/s、离焦量2 mm、送粉速度22 g/min、激光功率2.7 kW.验证实验表明,以最优参数制备的熔覆层硬度均匀度高、与基材形成了连续的白亮凝合线,无裂纹及气孔,熔覆层整体质量较好.     

正交设计法优化等离子弧熔覆镍基碳化钨涂层工艺

采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面制备镍基碳化钨涂层,采用正交设计优化等离子弧堆焊工艺参数,以熔覆涂层表面成形质量、稀释率和硬度值作为考核指标,借助极差分析和方差分析研究离子气流量、送粉速度、电流、熔覆速度4个工艺参数对3个指标的影响规律。结果表明：对熔覆涂层成形质量影响的程度大小依次为：电流>离子气流量>送粉速度>熔覆速度;对熔覆涂层稀释率影响的程度大小依次为：电流>送粉速度>离子气流量>熔覆速度;对熔覆涂层硬度影响的程度大小依次为：离子气流量>电流>送粉速度>熔覆速度。最优工艺参数是：离子气流量1.0 L/min,送粉速度18 g/min,熔覆速度5 mm/s,电流80 A。在此工艺参数下镍基碳化钨涂层成形较好,稀释率为5.2%,表面宏观硬度达到HRC62.8,具有较好的耐磨性。     

刮板输送机中部槽的等离子弧增材修复工艺

采用正交试验方法,使用等离子弧增材修复技术在K360钢表面制备了不同参数下的铁基合金耐磨层,观察了耐磨层的表面成形和横截面形貌,分析了工艺参数对耐磨层边缘平直度、熔深、熔宽、余高和稀释率的影响,以耐磨层表面边缘平直度和稀释率为评价指标优化了工艺参数,并对优化后工艺参数下的耐磨层进行了显微硬度测试和微观组织观察。结果表明,当熔覆电流为190 A,送粉速度为46 g/min,扫描速度为30～35 cm/min时,耐磨层表面成形较好、稀释率较低,为优化的工艺参数。选择熔覆电流为190 A,送粉速度为46 g/min,扫描速度为30 cm/min进行增材修复试验,该参数下的耐磨层硬度值较高,平均硬度为HV_(0.3)587.5,耐磨层的显微组织主要由马氏体和碳化物组成。     

U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25％WC涂层工艺参数优化的研究

目的研究U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层的最佳工艺参数。方法首先通过单道单因素试验初步选取激光功率、送粉量、扫描速度和光斑直径4个工艺参数,然后进行4因素3水平的单道正交试验,以熔覆层的宽度、高度和稀释率作为判断熔覆层质量的指标,做极差分析,最后得到最优工艺参数并分析了熔覆层的显微硬度及显微组织。结果单道单因素试验及单道正交试验得到的工艺参数均为:激光功率1500 W,送粉量4 g/min,扫描速度6 mm/s,光斑直径2.2 mm。通过单道正交试验极差表分析发现,工艺参数对质量指标的影响程度不同,对熔覆层宽度的影响为扫描速度送粉量激光功率光斑直径,对熔覆层高度的影响为送粉量扫描速度光斑直径激光功率,对熔覆层稀释率的影响为送粉量光斑直径扫描速度激光功率,对比发现送粉量是熔覆层的最大影响因子。熔覆层的显微硬度最高可达到1170HV,是基体的3.7倍。结论在U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层,可以制备出光滑且紧密结合的熔覆层,且表面硬度明显提高。     

外圆表面送粉激光熔覆ZrO2/Ni60A复合涂层组织及硬度

在304不锈钢外圆表面激光熔覆镍基氧化锆金属陶瓷粉末,对激光工艺参数优化,制备工艺性能良好的熔覆层。研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌、显微组织和硬度分布的影响。结果表明:激光功率为1.5 kW时,涂层硬度最佳;随着扫描速度的增大,熔覆层的组织有细化的趋势;通过优化扫描速度,可得到显微硬度较高,且沿熔覆层表面垂直方向的硬度分布变化不大的熔覆涂层。     

激光熔覆工艺参数对Fe-Cr-B合金涂层组织和硬度的影响

利用6 kW光纤激光器在Cr12MoV模具钢表面激光熔覆Fe-Cr-B合金涂层。运用金相显微镜和显微硬度仪,研究了激光功率、扫描速度、送粉率对熔覆层成形、尺寸、稀释率及组织结构和微观硬度的影响。结果表明:熔覆层组织主要由平面晶、树枝晶和等轴晶构成。理想的工艺参数为激光功率(P)2000 W,扫描速度(V1)4 mm/s,送粉率(V2)15 g/min。该工艺参数下熔覆层晶粒细小,与基体呈现良好冶金结合,稀释率为9.8%,熔覆层显微硬度平均高达1000 HV。     

QT800-2球墨铸铁表面激光熔覆工艺参数多目标优化

目的 为了解决球墨铸铁表面激光熔覆铁基合金过程中熔覆层塌陷、厚度不均等问题,确定旁轴送粉激光熔覆最优工艺参数组,并对参数寻优方法进行对比分析.方法 选取工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速度)为优化变量和熔覆层表面质量(表面粗糙度、硬度)为优化指标,通过设计L9(34)正交试验进行极差分析,得到优化后的参数组合;通过神经网络预测模型结合NSGA-Ⅱ多目标优化算法进行参数寻优.通过对比这两种优化方法对熔覆层表面质量的实际优化效果,确定最优工艺参数组.结果 3个工艺参数对综合质量的影响大小依次为激光功率>扫描速度>送粉速度,正交优化参数组合使得熔覆层表面粗糙度降低23.3％,硬度降低7.1％.而NSGA-II遗传算法优化参数组合可实现表面粗糙度降低40.5％,硬度提升6.6％.最优工艺参数组合为:激光功率4614 W,送粉速度2.6 r/min,扫描速度325.6 mm/min.结论 采用NSGA-II遗传算法能获得比正交试验更快更好的优化效果;通过合理选择工艺参数,能够解决熔覆层塌陷、厚度不均等问题,从而极大地改善熔覆层表面质量.     

基于NSGA-Ⅱ算法的激光熔覆单道成形工艺参数多目标优化

激光熔覆参数设计和产品成形质量评估是多输入多输出耦合控制，但关于各参数权重配分以及多目标协同优化研究鲜有报道。设计L16(43)激光单道熔覆正交试验方案，研究27SiMn钢表面熔覆GS-Fe01铁基合金粉末的最优工艺参数；通过建立以激光功率、扫描速度和送粉速率关键参数表征的优化变量，构建以熔覆层性能评估为指标的目标响应非线性数学模型；探究优化变量及其权重排序对覆层性能的影响规律。基于快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）多目标优化的Pareto解集，寻求最佳参数。结果表明：在激光功率744 W，扫描速度233 mm/min，送粉速率1.2 r/min工况下，熔覆层稀释率19.9%，宽高比3.001，显微硬度747.15 HV0.5时，目标响应值匹配最佳。沿激光熔覆凝固方向，熔覆界面微观组织形貌逐步由树枝晶和柱状晶组织转换为体积小、数量多的非定向等轴晶粒。研究结果可为激光熔覆多目标工艺参数优化及复合涂层质量控制提供理论支撑。     

热锻模表面等离子熔覆Ni—SiC覆层的研究

为了制备符合热锻模使用性能要求的模膛表面强化层,采用等离子熔覆技术,以W6为基体,在基体表面对不同含量SiC(质量分数)陶瓷粉末、Ni基自熔性粉末进行等离子熔覆,得到Ni基SiC合金涂层.对熔覆层横断面进行了显微硬度测量和显微组织分析,并对覆层的热物性参数进行检测.试验结果表明,添加镍基合金的涂层能够提高熔覆层的硬度,同时熔覆层能够得到很好的热物性能.     

Fe-Al金属间化合物对钢表面增强工艺参数的影响

进行了Q235钢表面的预制粉末覆层的等离子熔覆,研究了等离子熔覆工艺对熔覆层表面成形的影响,在此基础上得到了合适的熔覆工艺参数.进行了熔覆层组织的金相分析及熔覆层显微硬度测量与分析.结果表明,熔覆电流、焊枪摆动频率、熔覆速度的改变均能引起热输入的明显变化,影响熔覆层组织形态,基体熔化程度,以及界面的结合状态,进而影响熔覆层的耐磨性及耐腐蚀性.试验条件下的最佳熔覆工艺参数为熔覆电流130 A,熔覆速度5 cm/m in,焊枪摆动幅度4 mm,摆动频率0.4 Hz.     

不同送粉速度对TC4钛合金表面激光熔覆的影响

采用光纤激光对TC4钛合金表面进行熔覆改性,研究送粉速度对熔覆工艺过程和熔覆层性能的影响。采用高速摄像机拍摄了加热粉末在空间的分布形貌,采用光学显微镜观察了熔覆层横截面形貌,采用EDS分析了熔覆层的氮含量分布,并测量了熔覆层横截面的显微硬度。实验表明,送粉速度较小时,粉末吸收少量激光能量,熔池较大,熔覆层宽而浅;送粉速度较大时,粉末吸收大量激光能量,熔池较小,熔覆层窄而深。当送粉速度较大时,熔覆层的氮元素含量和显微硬度均分布基本均匀,无明显梯度;随送粉速度增加,熔覆层显微硬度会增加,并稳定在约9.3 GPa。     

等离子熔覆技术的研究现状及展望

等离子熔覆技术是一种高效且应用广泛的表面处理技术,具有与基体结合良好、设备成本低、工作环境无污染及操作简单等优点。从等离子熔覆工艺参数研究、等离子熔覆合金涂层、等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层、等离子熔覆层质量调控方法、等离子熔覆技术应用等五个方面,介绍了等离子熔覆技术当前的发展概况。其中,关于等离子熔覆工艺参数研究方面,阐述了熔覆电流、离子气体流量、送粉气体流量、粉末送粉量、焊枪摆动幅度、焊接速度、喷嘴与工件之间的高度及多道搭接时搭接率等参数对涂层组织性能的影响;在等离子熔覆合金涂层方面,介绍了等离子熔覆用合金粉末及其引入方式的研究进展;在等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层方面,叙述了增强颗粒及其添加方式的最新研究成果;在等离子熔覆层质量调控方法部分,阐述了预热缓冷、热处理、外加磁场、机械振动、超声波辅助、加入变质剂及添加稀土元素等手段对熔覆层的质量调控作用;在等离子熔覆技术应用方面,介绍了等离子熔覆技术在矿山机械、汽车零部件再制造以及阀门修复等领域的应用。最后对等离子熔覆技术的应用前景及发展趋势做出了展望。     

面向薄壁件的激光熔覆修复工艺参数优化研究

目的减少薄壁零件激光熔覆修复时基板的变形量,提高成形质量。方法在前期单道单因素试验的基础上,通过三因素三水平正交试验在2mm厚的45钢上熔覆Fel合金粉末,分析了激光功率、扫描速度和送粉率对薄板变形行为的影响,并根据因素效应图分析基体变形量随各因素水平的变化,找出出现这种变化的原因。通过正交试验的极差分析提出了基体变形的公式,根据公式确定各因素对基体变形影响的主次关系,并根据变形结果,最终找到使基板变形最小的最优工艺参数。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度计,研究最优工艺参数下熔覆层的显微组织和硬度,并对在最优工艺参数下熔覆的试件进行成形质量评价。结果影响基板变形的因素主次顺序依次为:激光功率、扫描速度和送粉率。基板变形量最小且冶金结合良好的最佳工艺参数为:激光功率600 W,扫描速度12 mm/s,送粉率1.2 r/min。此工艺下所得熔覆层的最高硬度达到348HV,约是基体硬度的1.6倍。结论该工艺参数可以有效减少基体的变形且激光熔覆成形质量良好,基体表面得到显著强化。     

匙孔效应对激光熔覆层横截面几何形貌的影响研究

目的 研究匙孔效应在不同激光功率、扫描速度和送粉速率工艺参数下,对熔覆层横截面形貌的影响规律,并揭示匙孔对基体的作用机制。方法 利用光束模式为高斯光束分布的YLS-3000光纤激光器进行熔覆镍基高温合金Ni35实验。利用光学显微镜（OM）采集熔覆层横截面宏观形貌,并用金相分析软件以及计算机辅助绘图软件对熔覆横截面参数进行测量。结果 随激光功率的增加,匙孔深度增加;随送粉速率和激光扫描速度的增加,匙孔深度减小。随送粉速率的增加和激光功率的减小,熔覆层横截面左右垂直段高度值（H2和H4）减小;随扫描速度的增加,H2和H4先增加再减小。在激光熔覆过程中,当基体没有形成匙孔时,H2和H4的值为零,熔覆层与基体混合区域的横截面形貌为月牙形;当在基体中形成匙孔时,H2和H4的值大于零,熔覆层与基体混合区域的横截面形貌为蘑菇形。结论 在激光熔覆过程中,不同激光功率、扫描速度和送粉速率工艺参数对匙孔的影响机制不同。匙孔效应的强弱显著影响熔覆层横截面参数H2和H4的大小,进而影响熔覆层形貌。     

H13 钢表面激光熔覆 H13 合金涂层质量研究

目的研究获得高质量H13激光涂层的工艺。方法以H13合金粉末为熔覆材料,在H13钢退火基体表面制备H13合金涂层,采用均匀设计试验,利用金相法检测涂层的几何形貌参数,得到涂层宽度回归模型,并验证所建立模型的准确性。利用光学显微镜和扫描电镜分析涂层的显微组织形貌,对涂层成分进行分析,通过显微硬度计测试涂层截面的显微硬度分布。对涂层气孔、裂纹和成分偏析进行分析。结果扫描速度22 mm/s,激光功率1300 W,送粉速率21 g/min时,H13合金涂层与基体呈良好的冶金结合,涂层内组织均匀致密,无裂纹缺陷,截面显微硬度约600~699HV,是H13基体硬度的2.4~3倍。扫描速度14 mm/s,激光功率1400 W,送粉速率42 g/min时,涂层的截面显微硬度约为669~698HV,是基体的2.85~3倍。结论在两种工艺条件下,均能获得质量较优的H13合金涂层。     

工艺参数对钴基合金等离子熔覆残余应力的影响

目的 探究钴基合金等离子熔覆在不同工艺参数下残余应力的分布规律,选取最优工艺参数组合,以达到降低残余应力的目的。方法 设计正交试验,采用等离子熔覆技术制备9组不同工艺参数下单道钴基等离子熔覆样件,利用盲孔法对每个样件的熔覆起点、中间位置及终点位置的残余应力进行测量,分析工作电流、扫描速度、送粉速度等工艺参数对残余应力的影响规律。结果 工件表面残余应力主要以拉应力为主,其中间位置的残余应力最大。各个位置平行于扫描路径方向的残余应力均大于垂直于扫描路径方向的残余应力。当工作电流为92 A、扫描速度为100 mm/min、送粉速度为12 r/min时,所成形的样件残余应力最小。结论 工作电流对熔覆起点和终点平行于扫描路径方向的残余应力影响最为显著,其余各位置各方向上,影响最显著的因素为扫描速度。工作电流越大,残余应力越大;随着扫描速度的增大,残余应力不断变小;随着送粉速度的增大,残余应力有增大的趋势。选取合适的工艺参数组合能够有效地控制残余应力。     

45# 钢表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末

目的提高45#钢的表面性能。方法利用IPG光纤激光加工系统,采用不同的工艺参数在45#钢表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末,对熔覆层的宏观表面(平整度、表面硬度、裂纹情况)及金相组织、显微硬度分布进行对比分析。结果在激光功率为1200 W、扫描速度为2 mm/s、送粉电压为7 V时,获得的熔覆层宏观表面相对平整光滑,平均洛氏硬度约是基体的2.5倍。由微观组织分析得知,熔覆层及界面处无裂纹、气孔等缺陷,熔覆层中上部组织晶粒细小,沿熔覆层与基体交界处向外,晶粒呈现柱状晶及等轴晶,组织性能良好,基体与熔覆层间冶金结合比较牢固。熔覆层显微硬度分布比较均匀,并且与基体相比提高了约1.5倍。结论 45#钢表面机械性能得到提升,在其表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末具有可行性和研究价值。     

Influence of process parameters on microstructure of reactive plasma cladding TiC-Fe-Cr coating

A certain amount of Ti was added to the plasma cladding Fe-Cr-C coating in the early stage in order to improve the quality and properties of the coating. Ti-Fe-Cr-C composite powder was prepared by precursor carbonization-composition process. In situ synthesized TiC-Fe-Cr coatings were fabricated on substrate of Q235 steel by plasma cladding process with the composite powder. Microstructures of the coatings with different process parameters, including cladding current, cladding speed, number of overlapping cladding layers, were analyzed by scanning electron microscope. The results show that the structure of the TiC-Fe-Cr coating is greatly affected by the cladding current, the cladding speed and the overlapping cladding process. In this test, when the cladding current of 300 A and the cladding process parameter of the cladding speed of 50 mm/min are clad with three layers, a well-formed and well-structured TiC-Fe-Cr coating can be obtained in this test. TiC-Fe-Cr coating has good wear resistance and good load characteristics under dry sliding wear test conditions.